激光沖擊金屬箔板微復(fù)合成形的研究.pdf

1、激光沖擊微成形是一種新型的制造微型金屬零部件的工藝方法，具有生產(chǎn)效率高、成本低、成形件疲勞壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。然而現(xiàn)有的激光沖擊微成形基本都是簡(jiǎn)單的單工藝成形，其成形件都是簡(jiǎn)單的微凹坑、微孔或簡(jiǎn)單的微彎曲零件，還未涉及多工藝復(fù)雜零件的復(fù)合成形。因此開(kāi)展激光沖擊箔板微復(fù)合成形的探究具有重要的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文在國(guó)家自然基金項(xiàng)目“強(qiáng)脈沖激光驅(qū)動(dòng)飛片加載金屬箔板微成形基礎(chǔ)研究”的支持下，搭建了激光搭接沖擊微壓印與微落料的復(fù)合成

2、形和激光沖擊軟模微沖裁與微落料的復(fù)合成形實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)激光沖擊金屬箔板微復(fù)合成形展開(kāi)了系統(tǒng)性的研究，本文的主要工作和研究成果如下:
　　首先，研究激光誘導(dǎo)沖擊波的力學(xué)效應(yīng)、成形機(jī)理及沖擊波峰值壓力的計(jì)算方法。描述了流體動(dòng)力學(xué)處理方法及沖擊波在不同阻抗介質(zhì)中的傳播特性，揭示了高應(yīng)變率下材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度以及工件內(nèi)部應(yīng)力波的傳播特點(diǎn)。
　　其次，使用Spit Light2000 Nd-YAG激光器在厚度為17μm的銅箔板上進(jìn)行激光

3、沖擊微壓印與微落料的復(fù)合成形實(shí)驗(yàn)研究。研究了搭接率為50％的激光搭接沖擊條件下激光沖擊能量對(duì)成形件成形性能的影響。工件成形后，對(duì)成形件的表面形貌、表面粗糙度及微觀組織變化進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)成形的落料零件成功地復(fù)制了模具表面的微特征，成形的落料零件與微模具的表面形貌和表面粗糙度值基本一致，而且成形件表面形成了微納米組織結(jié)構(gòu)。
　　接著，使用GAIA Nd-YAG激光器并利用聚氨酯橡膠作為柔性動(dòng)態(tài)加載媒介分別在厚度為50μm的銅箔和3

4、5μm的鈦箔板上進(jìn)行了激光沖擊軟模微沖裁與微落料的復(fù)合成形實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)所用的高精度微成形模具是由微細(xì)電火花加工與光學(xué)曲面磨制造而成。在實(shí)驗(yàn)中，研究了約束層的變化狀況以及軟模的作用，觀測(cè)了沖裁孔的形貌以及落料零件的三維形貌、表面粗糙度、成形深度以及機(jī)械性能的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在合適的激光能量下，可以成形邊緣輪廓較為清晰的沖裁孔以及質(zhì)量良好的微落料零件，而且微落料零件很好地復(fù)制了微模具的輪廓。隨著激光能量的增大，落料零件微凹坑的成形深度不

5、斷增加，凹坑部位的表面粗糙度值也不斷地增加，而凹坑周?chē)谋砻娲植诙戎挡粩鄿p小。納米壓痕測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明激光沖擊后零件的納米硬度、塑性及彈性模量均得到了提高。
　　最后，基于ANSYS/LS-DYNA有限元軟件平臺(tái)對(duì)激光搭接沖擊微壓印與微落料的復(fù)合成形和激光沖擊軟模微沖裁與微落料的復(fù)合成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。采用Johnson-Cook和Mooney-Rivlin本構(gòu)模型分別模擬了金屬試樣和聚氨酯橡膠軟模的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為，經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬